《材料连接设备及工艺 教学课件 ppt 作者 杨立军_ 第3章 埋弧焊》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料连接设备及工艺 教学课件 ppt 作者 杨立军_ 第3章 埋弧焊（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3章 埋弧焊 定义：电弧在焊剂层下燃烧以进行焊接的熔化极电弧焊方法 (Submerged Arc Welding-SAW) 3.1 埋弧焊的特点和应用 1优点： （1）焊缝质量好-因为熔渣的 保护效果好、参数稳定。 （2）生产率高-因为电流密度 大、热效率高。 （3）节省焊接材料和电能。 （4）改善劳动条件。 2缺点： （1）施焊位置受到限制-几乎应用于平焊。 （2）不适于焊接易氧化的金属材料。 （3）不适于焊接薄板和短焊缝 。,图3-1 埋弧焊示意图 1焊缝 2熔渣 3颗粒状焊剂4焊丝 5焊剂导管,应用:埋弧焊以其焊缝质量高、熔敷速度快、熔深大以及机械化程度高等特点，特别适于中厚板、长焊缝
2、的焊接，广泛用于船舶、锅炉、化工容器、桥梁、起重机械、核电设备及冶金机械制造业等。,3.2 埋弧焊的冶金特点 1)焊缝保护效果好-依靠熔融状熔渣薄膜保护，有效阻止空气侵入电弧空间。 2)冶金反应充分-热输入大，液态金属存在时间长。 3)焊缝的化学成分稳定-焊接参数比较稳定，焊缝化学冶金反应进行的程度比较一致。 4)焊缝的组织易粗化-焊接电流大，热输入大，熔池金属高温停留时间长，冷却凝固时间长。 3.2.2 埋弧焊焊丝与焊剂的配合 1.焊剂：焊接时形成熔渣隔离空气，参与冶金反应，清除有害的杂质和过渡有益的合金元素。 分类： 熔炼型：1500-1600培烧 200-300烘干 非熔炼型：按烘干温度
3、不同又可分,湿法（ 水中） 干法（气中）,400以下烘干-粘结焊剂 400以上烘干-烧结焊剂,碱度的概念：国际焊接学会IIW推荐了埋弧焊焊剂碱度的计算公式如下 BIIW=CaO+MgO+BaO+SrO+Na2O+K2O+CaF2+0.5(MnO+FeO)/SiO2+0.5(Al2O3+TiO2+ZrO2) 式中各化合物均表示在焊剂中的质量分数。 注:BIIW小于1.0者为酸性焊剂； BIIW在1.01.5者为中性焊剂， BIIW大于1.5者为碱性焊剂 酸性焊剂的工艺性能好，但焊缝金属的力学性能差一些，特别是低温冲击韧度低 碱性焊剂工艺性能差一些，脱渣性不好，需采用直流反接，但是焊缝金属力学性能
4、较好，特别是冲击韧度高 2.焊丝 埋弧焊焊丝有碳素结构钢焊丝、合金结构钢焊丝、不锈钢焊丝、有色金属焊丝和堆焊用的特殊合金焊丝等几种类型，焊丝直径一般在1.66mm。 常用焊丝的化学成分见课本表3-3 。,3.焊丝与焊剂的选配 -因为埋弧焊焊剂与焊丝的种类很多，成分变化很大，所以焊丝与焊剂合理匹配是获得高质量焊缝的关键，其中硅和锰的含量要尤其引起注意。 a，焊接低碳钢时，选用高锰高硅焊剂与低碳钢焊丝匹配， 或选用低锰或无锰焊剂与含锰量较高的焊丝匹配。 b，焊接低合金高强度钢时，选中锰中硅或低锰中硅型焊剂，配合相应的合金钢焊丝。当焊接强度级别比较高的钢时，为了得到高韧度，一般选用碱度高的烧结焊剂。
5、 c，焊接耐热钢、低温钢和耐蚀钢时，选用中硅或低硅型焊剂与相应的合金钢焊丝相配合。 d，焊接奥氏体或铁素体高合金钢时，一般选用碱度比较高的中硅或低硅型熔炼焊剂，与合适的高合金钢焊丝相配合焊接,3.2.3 低碳钢埋弧焊的主要冶金反应 1.锰、硅的还原反应及过渡 (1)锰、硅的还原反应 注：低碳钢埋弧焊中，Si,Mn是主要成分：Mn降低热裂纹的敏感性，改善金属的机械性能；Si镇静熔池，保证焊缝致密。 Fe+(MnO) Mn+(FeO) 2Fe+(SiO2) Si+2(FeO) 上述反应在熔滴端头和电弧区和熔池前端进行的比较充分。而在熔池后端进行相反的反应。但正向反应大于反向。 反应的总结果：焊缝中
6、Si, Mn从焊剂向焊缝金属过渡，碳由于烧损而含量降低。 (2)影响锰、硅过渡的因素 1)焊剂的成分 当焊剂中的MnO、SiO2增多时，会使锰和硅的过渡量增加 2)锰、硅的原始含量 a，液态金属中Mn、Si的原始含量越低，Mn、Si的过渡量越大；反之亦然 b，Si的原始浓度影响DMn，Mn的原始浓度影响DSi，即存在如下反应： SiO2+2Mn Si+2MnO,3)焊剂碱度 焊剂碱度增加，Mn的过渡量增加，而Si的过渡量减少 4)焊接工艺参数 a， Ia：Ia，熔渣量减少，Si Mn b， Ua：Ua，熔渣量增大，Si Mn 2碳的烧损 主要指焊丝和熔池中的碳烧损：C十O CO 影响因素：焊丝
7、母材中的含碳量 Si抑制烧损，镇静熔池 3控制硫、磷含量 S 低熔点共晶 热裂纹；P 冷脆 措施:严格控制焊接材料和被焊材料中硫, 磷含量; 通过冶金反应如焊丝中增加锰, 焊剂中添加MnO和CaO 4去氢反应 (1)杜绝氢的来源 (2)把氢合成不熔于熔池的化合物，一个是HF，一个是OH。,3.3 电弧焊的自动调节系统 3.3.1 自动调节的概念 1自动调节的必要性 遇到外界干扰时就不能保证电弧过程的稳定性保证焊接工艺参数在焊接过程中的稳定 保证焊接质量 2影响焊接电流和电弧电压稳定性的因素 焊接电流和电弧电压的稳定值由弧焊电源外特性和电弧静特性曲线的交点确定，如图中的O点。 （1）影响电弧静特
8、性的因素 1）弧长波动： a）送丝速度波动 b）焊距工件间距变化 2）弧柱的气体成分 ： E变化 （2）使电源外特性发生变化的因素： 主要是电网电压,电弧静态工作点的波动示意图,3电弧长度自动调节的方法 电弧长度是由焊丝的送进速度vf和焊丝的熔化速度vm共同决定的，为此可通过两种方法使电弧长度自动恢复到原来的长度 ：自动调节焊丝的vm ；自动调节焊丝的vf。 4自动调节系统的组成： 由测量机构、比较环节、执行机构等几部分组成。调节对象：弧长 。,3.3.2电弧自身调节系统等速送丝埋弧自动焊调节系统 实质：焊丝以恒定的速度送进，弧长波动时，熔化速度发生变化，依靠熔化速度的变化调节弧长，使其恢复到
9、原来的长度。 电弧自身调节系统的静特性 电弧稳定时:vfvmkiIkuU 既有： （等速送丝系统的静特性方程 如右图曲线） 当电弧在该曲线上任一点燃烧时， vmvf,等速熔化（电弧自身调节静特性）曲线图 12mm vf =7.1cm/s 24mm vf =2.5cm/s 34mm vf =4.4cm/s 45mm vf =2.9cm/s,影响因素： 1）焊丝直径减小、干伸长度增大， ki增大，曲线左移。 2）送丝速度增大，曲线右移。 3）焊丝电阻率减小，将使ki值减小，曲线右移； 4）弧长：长弧时，垂直于电流轴 短弧时，ku较大，不能忽略不计。熔化速度随着弧长的缩短而增大。 2电弧自身调节作用
10、 弧长波动（变长） 稳定工作点波动（O0到O1） 暂态电流减小I1I0； 电压增加（U1U0） 熔化速度自动减慢 恢复稳定工作点。,电弧自身调节作用示意图,3电弧自身调节作用的调节精度 1）弧长波动引起的误差（下图1） 导电嘴离工件的距离H不变时：调节误差为0 导电嘴离工件的距离H变化时：有调节误差，误差取决于H的变化量及电源外特性。 2）网压波动引起的误差（下图2） 长弧时，网压波动主要引起电压误差，配缓降特性的电源引起的误差较小。 短弧时，网压波动主要引起电流误差，配陡降特性的电源引起的误差较小。,图一,图二,4电弧自身调节作用的灵敏度 弧长干扰所引起的焊丝熔化速度变化量：vmkiIkuU
11、 对于长弧焊，则vmkiI。即： ki,越大，灵敏度越高。ki随焊丝直径的增大而减小，焊丝直径较粗时，电弧自身调节灵敏度很小，因此弧长自动调节仅适用于细丝，不适用于粗丝。 单位弧长发生波动时引起的I。采用平特性或缓降特性的电源时，同样的弧长波动引起的I较大，调节灵敏度较大，因此，弧长较大时，等速送丝系统通常匹配平特性或缓降特性电源。 5等速送丝埋弧自动焊的焊接电流 和电弧电压调节方法 通过调节送丝速度来调节电流 调节外特性来调节电压,等速送丝埋弧自动焊焊接电流和电弧电压的调节方法示意图,3.3.3 变速送丝埋弧自动焊调节系统电弧电压反馈调节系统 1.实质：当电弧长度变化时，电弧电压也会变化，系
12、统将电弧电压作为反馈信号，来调节送丝速度，以维持弧长不变。 2电弧电压反馈自动调节系统的静态特性 电弧电压反馈自动调节系统的静态特性数学表达式，曲线的形状如图 1）纵坐标截距为kUg(k+Ku)； 2）直线斜率 dUdI=tg=ki/(k+ku)， k足够大时，tg0 3）给定电压Ug增加（减小）时， 曲线平行上（下）移； 4）焊丝直径减小，焊丝伸出长度增加时，ki增加，曲线斜率增大； 5）焊丝材质不同时，因其电阻率不同也会对曲线的斜率有一定影响。,电弧电压反馈自动调节系统的静态特性曲线图,3电弧电压反馈自动调节过程 弧长突然缩短 电弧的燃烧点由O0变到O1 送丝速度vf急剧减小 焊接电流 弧
13、长拉长，vf =vm， 电弧又重新在O0点燃烧。 4电弧电压反馈自动调节的灵敏度 弧压反馈灵敏度取决于单位弧长变化量所引起的送丝速度变化量，而送丝速度的变化量可用下式表示：f = k Ua电弧电压反馈调节系统的放大系数k值越大，调节越灵敏。 5变速送丝式埋弧自动焊的焊接电流和电弧电压调节方法 调整外特性 调节焊接电流 调整给定电压（平均送丝速度） 电弧电压。,弧长波动时电弧电压反馈自动 调节过程,等速送丝电弧自身调节作用和变速送丝电弧电压反馈自动调节作用的特点及比较见下表 ：,3.4 埋弧自动焊设备 埋弧焊设备以埋弧焊机为核心并辅以各种辅助设备,埋弧自动焊机主要由机械系统、焊接电源和控制系统三
14、部分组成.,焊接电源,送丝盘,焊接控制装置,行走小车,焊丝送进机构,焊剂送进装置,导轨,3.4.1 埋弧自动焊机的类型,埋弧焊机的分类,3.4.2 埋弧自动焊机的组成 送丝机构 行走机构 1.机械系统 机头调节机构 易损件及辅助装置 2.埋弧焊电源： 3控制系统,导电嘴、送丝滚轮 导向滚轮、焊丝盘,埋弧焊多用较粗的焊丝，常用电弧电压 自动调节的变速送丝式焊机（陡降外特性电源）；细丝时可用电弧自身调节的等速送丝式焊机（缓降外特性电源）,包括：送丝拖动控制、行走拖动控制、引弧和熄弧的自动控制。大型专用焊机还包括横臂升降、收缩、主柱旋转、焊剂回收等控制系统。,3.5 埋弧焊工艺 3.5.1 焊前准备
15、 埋弧焊焊接的工件一般较厚大，在焊接之前必烦做好准备工作，包括厚焊件的坡口加工、待焊部位的表面清理、工件的装配、焊丝表面的清理及焊剂烘干等。 3.5.2 埋弧自动焊对接工艺 1平板对接双面焊 平板对接焊缝通常采用双面焊接，要注意的是：进行第一面焊接时既要保证一定的熔深，又要防止熔化金属的流溢和烧穿。 （1）悬空双面焊工艺要点： 焊接第一面焊缝时另一面不加任何衬垫 焊件在装配时不留间隙或间隙很小 板厚20mm以下时不开坡口，20mm以上时开坡口，坡口钝边要大于8mm,焊接第一面焊缝时，熔深要达到焊件厚度的4050；焊接另一面焊缝时，熔深要达到焊件厚度的6070。 （2）焊剂垫法工艺要点： 一般先
16、焊正面，然后再焊反面焊缝 焊前装配时，可根据焊件的厚度预留一定的装配间隙，焊接工艺参数可大些，使熔深超过焊件厚度的6070。 利用气体压力支撑，保证焊剂与焊缝紧密接触。 焊接背面焊缝时，焊接参数可略小些。 对于厚度较大或不易用较大热输入焊接的工件，可开坡口焊接，通常厚度小于22mm时开“V”型坡口，大于22mm时开“X”形。 （3）临时工艺垫板法工艺要点： 垫板常用厚度为34mm的薄带钢，也可采用石棉绳或石棉板作承托物。 焊完第一面后，翻转工件并除去承托物及间隙内的焊剂和焊缝根部的渣壳，再进行第二面的焊接 。,（4）焊条电弧焊封底法工艺要点： 应用于对于不便翻转且不能使用衬垫的工件 正面埋弧焊时，既要有足够
